Tutkimusryhmät Jyväskylän yliopistosta ja Taiwanista ovat keksineet menetelmän, jonka avulla grafeenia, eli yhden atomin paksuista hiilikalvoa voidaan muotoilla kolmiulotteiseksi lasersäteilyn avulla. Jyväskylän osuus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella.
Tutkijat osoittivat tämän valmistamalla grafeenista pyramidin, jonka korkeus oli 60 nanometriä, eli noin 200 kertaa suurempi kuin grafeeniseinämän paksuus. Pyramidi oli niin pieni, että se mahtuisi helposti hiuksen pinnalle.
Grafeeni on läheistä sukua grafiitille, joka koostuu miljoonista grafeenilevyistä ja jota löytyy esimerkiksi lyijykynän terästä. Sen jälkeen kun grafeeni ensimmäistä kertaa eristettiin vuonna 2004, tutkijat ovat oppineet valmistamaan ja käsittelemään sitä rutiininomaisesti. Grafeenista voidaan valmistaa elektronisia ja optoelektronisia laitteita, kuten esimerkiksi transistori ja säteilyilmaisin. Tulevaisuudessa grafeenia nähdään enenevässä määrin erilaisissa tuotteissa.
“Kutsumme kehittämäämme tekniikkaa optiseksi takomiseksi, koska prosessi muistuttaa metallin takomista kolmiulotteisiin muotoihin vasaran avulla. Meidän tapauksessamme lasersäde toimii vasarana, joka pakottaa grafeenikalvon kolmiulotteisiin muotoihin laajentamalla sitä hiukan”, selittää professori Mika Pettersson, joka johti kokeellista ryhmää Jyväskylän yliopiston Nanoscience Centerissä.
“Menetelmän hienous on siinä, että se on nopea ja helppo käyttää, eikä siinä tarvita mitään ylimääräisiä kemikaaleja tai muuta prosessointia. Menetelmän yksinkertaisuudesta huolimatta olimme aluksi hyvin yllättyneitä, kun havaitsimme, että lasersäde aiheutti niin merkittäviä muutoksia grafeeniin. Kesti jonkin aikaa, ennen kuin ymmärsimme, mistä on kyse”, Petterson taustoittaa.
“Aluksi olimme ällikällä lyötyjä. Kokeelliset havainnot eivät tuntuneet järkeviltä.” kertoo myöskin Nanoscience Centerissä työskentelevä tohtori Pekka Koskinen, joka oli vastuussa työn teoriaosuudesta. ”Mutta vähitellen kokeiden ja tietokonesimulaatioiden yhteistyöllä kolmiulotteisten muotojen alkuperä ja muodostumismekanismi alkoivat selvitä.”
Nyt löydetty kolmiulotteinen grafeeni on stabiili ja sen elektroniset ja optiset ominaisuudet poikkeavat tavallisesta grafeenista. Se on esimerkiksi voimakkaasti heijastavaa, toisin kuin tavallinen grafeeni. Optisesti taottu grafeeni avaa aivan uusia mahdollisuuksia kolmiulotteisten arkkitehtuurien käyttämiseen grafeeniin perustuvissa laitteissa.
Tutkimukseen osallistuivat Andreas Johansson, Pasi Myllyperkiö, Pekka Koskinen, Jukka Aumanen, Juha Koivistoinen, Vesa-Matti Hiltunen, Jyrki Manninen ja Mika Pettersson Nanoscience Centeristä Jyväskylän yliopistosta, Hung-Chieh Tsai ja Wei-Yen Woon National Central Universitystä Taiwanista sekä Chia-Hao Chen ja Lo-Yueh ChangNational Synchrotron Radiation Research Centeristä Taiwanista.
Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemian lisäksi Ministry of Science and technology of the Republic of China.
LISÄÄ: Optical Forging of Graphene into Three-Dimensional Shapes -artikkeli Nano Letters -tiedelehdessä (LINKKI)
Kuva: Grafeenista koostuva pyramidi. Samankaltainen rakenne valmistettiin kokeellisesti käyttäen lasersäteilytystä prosessissa, joka nimettiin optiseksi taonnaksi.
Uusimmat teknologiauutiset kätevästi uutiskirjeessä – kerran viikossa (LINKKI).
LUE – UUTTA – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA
Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi!
https://issuu.com/uusiteknologia.fi/docs/2_2017